PHP 7 内核及实现原理-内存管理

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Jun 30, 2021
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应用程序通过与 Zend MM(Zend Memory Manager)交互,来间接实现对操作系统内存的使用、屏蔽掉操作系统细节,简化了开发,并提供内存池技术,性能得到大幅提升。
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三种内存对应三种粒度:
  • Huge(chunk): 占用 2M,一个 chunk 由 512 个 page 组成。申请内存大于 2M 时,直接调用系统分配,分配若干个 chunk
  • Large(page): 占用 4K。申请内存大于 3092B(3/4 page_size),小于 2044KB(511 page_size)时,分配若干个 page
  • Small(slot): 申请内存小于等于 3092B(3/4 page_size),内存池提前定义好了 30 种同等大小的内存(8,16,24,32,...3072),他们分配在不同的 page 上(不同大小的内存可能会分配在多个连续的 page),申请内存时直接在对应 page 上查找可用位置
面包店比喻:chunk 相当于面粉仓库,page 相当于一袋面粉,slot 相当于做好的小面包。顾客购买面包时,优先从 slot 中选择匹配的,如果不满足,则再重新和面甚至从仓库取面粉。同时有一个原则:返回满足需求 size 的最小规格,如申请 7k 内存,会返回 8k 内容,申请 30k 内存,会返回32k。
 
三种尺寸通过 zend_mm_heap 结构保存,三者间的关系:
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分配过程:
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在 Zend/zend_alloc_sizes.h 中定义了small 内存的 size,第一列从 0 到 29 表示一共 30 种 size,第二列从 8 字节到 3072 字节表示每种 size 的大小,第三列表示预留了多少个这种 size,第四列表示需要用多少个 page。
 
zend_mm_heap 结构体
在申请 chunk 和 page 时,必须是整数倍。如 2M 4M 等,4K 8K 12K等。
 
small 内存分配过程
比如语句 $a = [1, 2, 3]; 用到了 31 字节,小于 3K,走 small 内存申请。
通过 zend_mm_small_size_to_bin 函数,计算应该从上面的 ZEND_MM_BINS_INFO 中取 num3 的行,即 32 字节,应该用 1 个 page。
从 chunk list 上第 1(page_num)个位置,拿出 1 个 page,分成 128 份,每份 32 字节,分配给变量后,其余的挂在 mm_heap 的 free_slot 后面。下次再有需要 32 字节尺寸的内存,直接取用即可,不用重新申请了。
 
内存池的内存对齐
内存对齐会浪费一点空间,但会提高读写效率。
chunk 是以最小 2M 分配的,每次分配时为保证内存对齐,申请 4M 内存地址,这样申请的空间横跨 2 个 2M,之后掐头去尾,留下中间的完整 2M 地址,实现内存对齐。又由于 mmap 管理的最小单位是页即 4K 大小,这样可以做一步优化,每次 chunk 申请时,申请 4M-4k 大小的内存。
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释放内存
先区分是 small、large、huge 三种中哪一种内存,不同类型所占用空间大小和起始位置不同,可以计算出具体应该释放的位置。其中 small 内存释放后,还可以挂到 free_slots 上之后再用。

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